在線分析儀器與分析系統(tǒng)設計與應用6

1、在線分析儀器及分析系統(tǒng)在線分析儀器及分析系統(tǒng)設計與應用技術講座設計與應用技術講座第二部分第二部分(6)第一講在線分析系統(tǒng)概述第一講在線分析系統(tǒng)概述 第二講樣氣取樣處理系統(tǒng)第二講樣氣取樣處理系統(tǒng)第三講分析系統(tǒng)設計應用第三講分析系統(tǒng)設計應用主講人主講人 朱衛(wèi)東朱衛(wèi)東 2011年年在線氣體分析系統(tǒng)設計與在線氣體分析系統(tǒng)設計與工程應用技術工程應用技術(第二部分第二部分)n第一講第一講 在線分析系統(tǒng)概述在線分析系統(tǒng)概述n第二講第二講 樣氣取樣及處理系統(tǒng)樣氣取樣及處理系統(tǒng)n第三講第三講 在線分析系統(tǒng)設計、集成與應用在線分析系統(tǒng)設計、集成與應用n第四講第四講 CEMS的煙氣參數(shù)監(jiān)測分析技術的煙氣參數(shù)監(jiān)測分析

2、技術n第五講第五講 煙氣脫硫脫硝煙氣脫硫脫硝CEMS的設計應用的設計應用n第六講第六講 在線分析系統(tǒng)在石化行業(yè)的應用在線分析系統(tǒng)在石化行業(yè)的應用 第一講第一講 在線分析系統(tǒng)概述在線分析系統(tǒng)概述n1.1在線分析儀器與在線分析系統(tǒng)的發(fā)展在線分析儀器與在線分析系統(tǒng)的發(fā)展流程工業(yè)自動化主要檢測控制參量流程工業(yè)自動化主要檢測控制參量溫度溫度T壓力壓力P流量流量F物位物位L成分量成分量A在線分析儀器的發(fā)展在線分析儀器的發(fā)展現(xiàn)場取樣現(xiàn)場取樣離線分析離線分析工業(yè)過程控制對成分量需求工業(yè)過程控制對成分量需求分析儀器自動化可靠性提高分析儀器自動化可靠性提高在線分析儀器在線分析儀器原位分析原位分析抽取分析抽取分析流

3、程在線分析舉例：燃煤電廠在線監(jiān)測流程在線分析舉例：燃煤電廠在線監(jiān)測在線分析儀器在過程控制上的應用在線分析儀器在過程控制上的應用n在線分析儀器又稱過程分析儀器，通常指直接在線分析儀器又稱過程分析儀器，通常指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其他源流體現(xiàn)場，對被安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其他源流體現(xiàn)場，對被測介質組成的成分參數(shù)或物性參數(shù)進行自動連測介質組成的成分參數(shù)或物性參數(shù)進行自動連續(xù)分析測量的一類儀器。續(xù)分析測量的一類儀器。n過程分析中，在線分析儀器大致分為兩類，一過程分析中，在線分析儀器大致分為兩類，一類是直接安裝在流程工藝管線上的在線分析儀類是直接安裝在流程工藝管線上的在線分析儀器（器（on-line），

4、儀器傳感器直接安裝在工藝），儀器傳感器直接安裝在工藝管道或設備中，也稱為原位分析儀器；管道或設備中，也稱為原位分析儀器；n另一類是通過簡單的取樣樣品處理，將樣氣從另一類是通過簡單的取樣樣品處理，將樣氣從工藝管線取出，送到安裝在現(xiàn)場的過程分析儀工藝管線取出，送到安裝在現(xiàn)場的過程分析儀器（器（in-line）檢測。這類簡單的取樣樣品處理）檢測。這類簡單的取樣樣品處理被稱為在線分析儀器的取樣預處理部件。被稱為在線分析儀器的取樣預處理部件。國產(chǎn)在線氣體分析儀器的發(fā)展回顧國產(chǎn)在線氣體分析儀器的發(fā)展回顧二十世紀五二十世紀五十年代到六十年代到六十年代初期十年代初期二十世紀六十年二十世紀六十年代中期到七十年代

5、中期到七十年代代二十世紀八十到二十世紀八十到九十年代九十年代二十一世紀以二十一世紀以來來1957年國產(chǎn)熱導年國產(chǎn)熱導式式CO2分析儀產(chǎn)分析儀產(chǎn)出。為滿足工業(yè)出。為滿足工業(yè)發(fā)展及國防需求發(fā)展及國防需求國產(chǎn)儀器陸續(xù)產(chǎn)國產(chǎn)儀器陸續(xù)產(chǎn)出出H2/CO/SO2、NH3,以及以及O2和和紅外等氣體分析紅外等氣體分析儀，國內組建一儀，國內組建一批分析儀器廠。批分析儀器廠。1965年國產(chǎn)工業(yè)氣相色譜年國產(chǎn)工業(yè)氣相色譜儀產(chǎn)出，儀產(chǎn)出，1974年第二代工年第二代工業(yè)色譜儀產(chǎn)出。業(yè)色譜儀產(chǎn)出。七十年代國產(chǎn)分析儀器行七十年代國產(chǎn)分析儀器行業(yè)形成體系。業(yè)形成體系。批量產(chǎn)出批量產(chǎn)出光光學（紅外）、電化學、電學（紅外）、電化

6、學、電導、熱學、順磁氧、色譜導、熱學、順磁氧、色譜等系列在線分析儀器。等系列在線分析儀器。七十年代后期引進國外先七十年代后期引進國外先進分析儀器技術并國產(chǎn)化。進分析儀器技術并國產(chǎn)化。1984年國產(chǎn)工業(yè)質譜儀，年國產(chǎn)工業(yè)質譜儀，用于用于8312等重點工程。等重點工程。國產(chǎn)在線分析儀器通過科國產(chǎn)在線分析儀器通過科技創(chuàng)新及引進消化吸收，技創(chuàng)新及引進消化吸收，實現(xiàn)了產(chǎn)品更新?lián)Q代。實現(xiàn)了產(chǎn)品更新?lián)Q代。七五、八五期間，通過科七五、八五期間，通過科技攻關及引進吸收，在線技攻關及引進吸收，在線分析系統(tǒng)得到發(fā)展。分析系統(tǒng)得到發(fā)展。九十年代改革開放，國企九十年代改革開放，國企改制，民企得到新發(fā)展。改制，民企得到新

7、發(fā)展。2000年以來，在年以來，在線分析儀器及分線分析儀器及分析系統(tǒng)行業(yè)得到析系統(tǒng)行業(yè)得到大發(fā)展。大發(fā)展。目前已有數(shù)百家目前已有數(shù)百家分析儀器公司，分析儀器公司，涌現(xiàn)一批上規(guī)模涌現(xiàn)一批上規(guī)模的民企和國企。的民企和國企。在線分析工程技在線分析工程技術開始得到推進術開始得到推進n 在線分析儀器及在線分析系統(tǒng)已在石油化工、在線分析儀器及在線分析系統(tǒng)已在石油化工、冶金、電力、建材、化肥、環(huán)境、安全監(jiān)測等領冶金、電力、建材、化肥、環(huán)境、安全監(jiān)測等領域得到廣泛應用。對流程工業(yè)的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品域得到廣泛應用。對流程工業(yè)的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質量、節(jié)能降耗和污染減排等發(fā)揮了重要作用質量、節(jié)能降耗和污染減排等發(fā)揮了重

8、要作用 。n 在線分析系統(tǒng)通常采取系統(tǒng)集成技術，根據(jù)在線分析系統(tǒng)通常采取系統(tǒng)集成技術，根據(jù)不同在線分析要求，集成包括在線分析儀、其他不同在線分析要求，集成包括在線分析儀、其他相關檢測參量及自動化技術等組合的分析系統(tǒng)。相關檢測參量及自動化技術等組合的分析系統(tǒng)。n在線分析系統(tǒng)的集成技術應用，除分析儀器、樣在線分析系統(tǒng)的集成技術應用，除分析儀器、樣品取樣處理、數(shù)據(jù)處理傳輸技術外，還涉及到現(xiàn)品取樣處理、數(shù)據(jù)處理傳輸技術外，還涉及到現(xiàn)代分析化學、物理學、機械、電子學、計算機技代分析化學、物理學、機械、電子學、計算機技術及自動化等綜合學科的交叉應用。術及自動化等綜合學科的交叉應用。1.2在線分析系統(tǒng)的分類

9、與基本組成在線分析系統(tǒng)的分類與基本組成n1.2.1在線氣體分析系統(tǒng)的分類在線氣體分析系統(tǒng)的分類 在線氣體分析系統(tǒng)的分類與在線分析儀器在線氣體分析系統(tǒng)的分類與在線分析儀器的分類相似。的分類相似。 按照在線分析儀器是否通過取樣分析被分按照在線分析儀器是否通過取樣分析被分為：取樣式在線分析系統(tǒng)及非取樣式在線分析為：取樣式在線分析系統(tǒng)及非取樣式在線分析系統(tǒng)；系統(tǒng)； 按照在線分析儀器傳感器的安裝位置又分按照在線分析儀器傳感器的安裝位置又分為原位安裝及現(xiàn)場安裝；為原位安裝及現(xiàn)場安裝； 按照對被分析的樣品氣是否進行除濕處理按照對被分析的樣品氣是否進行除濕處理又分為干法分析及濕法分析。又分為干法分析及濕法分析

10、。在線氣體分析系統(tǒng)在線氣體分析系統(tǒng)在線氣體分析系統(tǒng)圖1-1在線氣體分析系統(tǒng)的分類框圖取樣式在線分析系統(tǒng)取樣式在線分析系統(tǒng)非取樣式在線分析系統(tǒng)非取樣式在線分析系統(tǒng)原 位 式原 位 式在 線 分在 線 分析系統(tǒng)析系統(tǒng)正 壓 式正 壓 式取 樣 分取 樣 分析系統(tǒng)析系統(tǒng)遙 測 法遙 測 法在 線 分在 線 分析系統(tǒng)析系統(tǒng)參 數(shù) 監(jiān)參 數(shù) 監(jiān)測 法 分測 法 分析系統(tǒng)析系統(tǒng)抽 取 式抽 取 式取 樣 分取 樣 分析系統(tǒng)析系統(tǒng)圖圖1-1在線氣體分析系統(tǒng)的分類框圖在線氣體分析系統(tǒng)的分類框圖1.2.2抽取式分析系統(tǒng)的分類抽取式分析系統(tǒng)的分類圖圖1-2抽取式分析系統(tǒng)分類框圖抽取式分析系統(tǒng)分類框圖抽取式分析系統(tǒng)

11、抽取式分析系統(tǒng)直接抽取法直接抽取法稀釋抽取法稀釋抽取法冷冷/干法干法熱熱/濕法濕法煙道內稀釋法煙道內稀釋法煙道外稀釋法煙道外稀釋法緊密耦合法緊密耦合法1.2.3原位式在線分析系統(tǒng)的分類原位式在線分析系統(tǒng)的分類n原位式在線分析系統(tǒng)被分為點測量在線分析系原位式在線分析系統(tǒng)被分為點測量在線分析系統(tǒng)和線測量在線分析系統(tǒng)。統(tǒng)和線測量在線分析系統(tǒng)。n點測量原位式分析儀器的傳感器探頭直接安裝點測量原位式分析儀器的傳感器探頭直接安裝在工藝管線上在工藝管線上 。n線測量原位式分析通常是發(fā)射一束光橫穿過流線測量原位式分析通常是發(fā)射一束光橫穿過流程管道，進行樣品氣的分析檢測程管道，進行樣品氣的分析檢測 。又分為單。

12、又分為單光程和雙光程分析兩種形式光程和雙光程分析兩種形式 1.2.4在線分析系統(tǒng)的應用分類在線分析系統(tǒng)的應用分類n在線分析系統(tǒng)的應用主要分為兩大類，一類是在線分析系統(tǒng)的應用主要分為兩大類，一類是流程工業(yè)的過程控制工藝組分的在線成分量檢流程工業(yè)的過程控制工藝組分的在線成分量檢測應用，一類是環(huán)境監(jiān)測領域的固定源污染物測應用，一類是環(huán)境監(jiān)測領域的固定源污染物排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）。）。n流程工業(yè)的在線分析系統(tǒng)應用非常廣泛，在線流程工業(yè)的在線分析系統(tǒng)應用非常廣泛，在線分析系統(tǒng)組成有各種類型。而環(huán)境監(jiān)測領域的分析系統(tǒng)組成有各種類型。而環(huán)境監(jiān)測領域的CEMS的組成類型也差不多。但的

13、組成類型也差不多。但CEMS的基本的基本組成，已有國家標準明確規(guī)范。目前組成，已有國家標準明確規(guī)范。目前CEMS是是我國在線分析系統(tǒng)中唯一有明確標準規(guī)范的分我國在線分析系統(tǒng)中唯一有明確標準規(guī)范的分析系統(tǒng)。析系統(tǒng)。CEMS的系統(tǒng)組成框圖參見下圖。的系統(tǒng)組成框圖參見下圖。環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測領域標準領域標準規(guī)定的規(guī)定的CEMS組組成示意圖成示意圖1.3在線氣體分析系統(tǒng)的基本組成在線氣體分析系統(tǒng)的基本組成n1.3.1在線氣體分析系統(tǒng)的基本組成概述在線氣體分析系統(tǒng)的基本組成概述n在線氣體分析系統(tǒng)的的基本組成按照取樣式和在線氣體分析系統(tǒng)的的基本組成按照取樣式和非取樣式分類而不同。非取樣式分類而不同。n取樣式

14、分析系統(tǒng)的基本組成主要包括樣品取樣取樣式分析系統(tǒng)的基本組成主要包括樣品取樣處理系統(tǒng)、在線分析儀器、數(shù)據(jù)采集處理傳輸處理系統(tǒng)、在線分析儀器、數(shù)據(jù)采集處理傳輸以及分析小屋或分析柜等。以及分析小屋或分析柜等。n非取樣式在線分析系統(tǒng)，無需樣品取樣處理系非取樣式在線分析系統(tǒng)，無需樣品取樣處理系統(tǒng)，如：原位式在線分析系統(tǒng)只包括原位式在統(tǒng)，如：原位式在線分析系統(tǒng)只包括原位式在線分析儀器及數(shù)據(jù)采集處理等部分。線分析儀器及數(shù)據(jù)采集處理等部分。取樣式在線分析系統(tǒng)取樣式在線分析系統(tǒng)樣氣取樣處理系統(tǒng)樣氣取樣處理系統(tǒng)分析測試系統(tǒng)分析測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)采集處理傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)取取樣樣探探頭頭樣樣品品傳傳輸輸樣 品樣

15、 品處 理處 理系 統(tǒng)系 統(tǒng)部 件部 件內內分 析分 析測 試測 試流 程流 程組合組合各 類各 類分 析分 析測 試測 試儀器儀器分 析分 析小 屋小 屋或 分或 分析柜析柜數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)控控制制數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)通通訊訊 圖圖1-3 取樣式在線分析系統(tǒng)組成框圖取樣式在線分析系統(tǒng)組成框圖1.3.3冷干法抽取式在線分析系統(tǒng)的組成冷干法抽取式在線分析系統(tǒng)的組成n 冷冷/干法樣品處理系統(tǒng)要求干法樣品處理系統(tǒng)要求n冷冷/干法的取樣處理應保證樣品氣被測組分是真實干法的取樣處理應保證樣品氣被測組分是真實的，保證能滿足在線分析儀器對被測樣品氣的要求。的，保證能滿足在線分析儀器對被測樣品氣的

16、要求。n在線分析儀器要求：被測量的樣品氣，應該是無塵在線分析儀器要求：被測量的樣品氣，應該是無塵的（不含顆粒物）、干燥的（不含水汽）、并符合的（不含顆粒物）、干燥的（不含水汽）、并符合分析儀器要求的適宜的環(huán)境溫度范圍（常溫）。分析儀器要求的適宜的環(huán)境溫度范圍（常溫）。n通常冷通常冷/干法分析系統(tǒng)的取樣處理的除塵要求干法分析系統(tǒng)的取樣處理的除塵要求能達到能達到0.10.3m；除濕器的設定冷凝溫度；除濕器的設定冷凝溫度一般為為一般為為3-5；除濕器出口的溫度約在；除濕器出口的溫度約在58，分析儀器傳感器大多恒溫在，分析儀器傳感器大多恒溫在40左右，在分析檢測中不會有水分析出。左右，在分析檢測中不會

17、有水分析出。 常規(guī)冷常規(guī)冷/干法分析系統(tǒng)組成示意圖干法分析系統(tǒng)組成示意圖取樣泵取樣泵取樣探頭取樣探頭加熱管線加熱管線冷卻冷卻除濕器除濕器分析儀器分析儀器分析柜分析柜被測煙道被測煙道 1.4在線分析系統(tǒng)的主要性能特性在線分析系統(tǒng)的主要性能特性n1.4.1在線分析系統(tǒng)的可靠性在線分析系統(tǒng)的可靠性n在線分析系統(tǒng)的可靠性是在線分析行業(yè)最關在線分析系統(tǒng)的可靠性是在線分析行業(yè)最關注的性能特性，是指按照客戶的要求進行可注的性能特性，是指按照客戶的要求進行可靠性設計，保證產(chǎn)品有合理的可靠度，能滿靠性設計，保證產(chǎn)品有合理的可靠度，能滿足客戶的預期使用壽命的特性。足客戶的預期使用壽命的特性。n可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的

18、條件下完成規(guī)定功能的能可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力，或者是在規(guī)定的時間能保持完成規(guī)定功能的力，或者是在規(guī)定的時間能保持完成規(guī)定功能的能力，也可以理解為系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的能力。能力，也可以理解為系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的能力?？煽啃允桥c時間（可靠性是與時間（t）有關的函數(shù)，表征產(chǎn)品可靠）有關的函數(shù)，表征產(chǎn)品可靠性的指標有可靠度、失效率、可靠壽命、首次故性的指標有可靠度、失效率、可靠壽命、首次故障平均時間（障平均時間（MTTF）、平均無故障工作時間）、平均無故障工作時間（MTBF）、維修度、可用度等。）、維修度、可用度等。n在線分析儀器及系統(tǒng)常用在線分析儀器及系統(tǒng)常用MTBF表示。如：氧化

19、表示。如：氧化鋯氧分析儀的鋯氧分析儀的MTBF要求達到要求達到8000小時以上小時以上。 n國內用于環(huán)境監(jiān)測的煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)國內用于環(huán)境監(jiān)測的煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），在標準中提出了至少連續(xù)運行），在標準中提出了至少連續(xù)運行90天的天的質量保證要求。在質量保證要求。在90天運行時間內，除系統(tǒng)正常維天運行時間內，除系統(tǒng)正常維護外，不允許出現(xiàn)需要維修的故障；如出現(xiàn)故障維護外，不允許出現(xiàn)需要維修的故障；如出現(xiàn)故障維修后需重新檢測，這也是對系統(tǒng)可靠性及長期穩(wěn)定修后需重新檢測，這也是對系統(tǒng)可靠性及長期穩(wěn)定性的強制考核要求。性的強制考核要求。 1.4.2在線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性在線分析系

20、統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性n分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條件下，輸入分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條件下，輸入保持不變，在規(guī)定的時間內分析系統(tǒng)的輸出信號保持不變，在規(guī)定的時間內分析系統(tǒng)的輸出信號（分析儀器示值）保持不變的能力。穩(wěn)定性用噪聲（分析儀器示值）保持不變的能力。穩(wěn)定性用噪聲及漂移兩個參數(shù)表征，噪聲表示隨機誤差，漂移表及漂移兩個參數(shù)表征，噪聲表示隨機誤差，漂移表示系統(tǒng)誤差。常用檢測指標有：基線噪聲、零點漂示系統(tǒng)誤差。常用檢測指標有：基線噪聲、零點漂移、量程漂移等。移、量程漂移等。n在線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標，一般用在檢測期間內在線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標，一般用在檢測期間內的零點漂移和量程漂移的

21、相對示值誤差表示，如：的零點漂移和量程漂移的相對示值誤差表示，如：2%F.S./7d。對分析系統(tǒng)檢測期間的時間間隔。對分析系統(tǒng)檢測期間的時間間隔大多要求為大多要求為7d（168h）。）。n分析系統(tǒng)的準確性是指系統(tǒng)測量的指示值與被測量分析系統(tǒng)的準確性是指系統(tǒng)測量的指示值與被測量真值保持一致的能力。主要取決于分析儀器的準確真值保持一致的能力。主要取決于分析儀器的準確度，也包含系統(tǒng)取樣處理帶來的系統(tǒng)影響誤差。系度，也包含系統(tǒng)取樣處理帶來的系統(tǒng)影響誤差。系統(tǒng)的準確性的指標大多用準確度，即測量誤差表示，統(tǒng)的準確性的指標大多用準確度，即測量誤差表示，常用指標為：絕對誤差和相對誤差。常用指標為：絕對誤差和相

22、對誤差。n分析系統(tǒng)在檢測標定時，一般分為系統(tǒng)內標及外標。分析系統(tǒng)在檢測標定時，一般分為系統(tǒng)內標及外標。內標主要測定分析儀器的測量誤差，外標要求從取內標主要測定分析儀器的測量誤差，外標要求從取樣探頭處通入標氣進行系統(tǒng)標定。也可采用規(guī)定參樣探頭處通入標氣進行系統(tǒng)標定。也可采用規(guī)定參比方法標準進行在線比對檢測。比方法標準進行在線比對檢測。1.4.3在線分析系統(tǒng)的適應性在線分析系統(tǒng)的適應性n在線分析系統(tǒng)的適應性主要指分析系統(tǒng)對流程工業(yè)在線分析系統(tǒng)的適應性主要指分析系統(tǒng)對流程工業(yè)成份量檢測項目需求的適應能力。包括滿足被測項成份量檢測項目需求的適應能力。包括滿足被測項目的工藝組分成份量的檢測要求，以及對被

23、測項目目的工藝組分成份量的檢測要求，以及對被測項目的環(huán)境適應性要求。的環(huán)境適應性要求。n適應性體現(xiàn)為系統(tǒng)的技術適應性體現(xiàn)為系統(tǒng)的技術“解決方案解決方案”。應該從客。應該從客戶的需求分析出發(fā)，充分分析客戶的工藝及環(huán)境條戶的需求分析出發(fā)，充分分析客戶的工藝及環(huán)境條件，根據(jù)客戶招標文件提出的項目技術可行性及成件，根據(jù)客戶招標文件提出的項目技術可行性及成套性，提出適宜的技術解決方案，滿足客戶對成份套性，提出適宜的技術解決方案，滿足客戶對成份量監(jiān)測的要求。量監(jiān)測的要求。n從可靠性設計的要求出發(fā)，對客戶預期的產(chǎn)品生從可靠性設計的要求出發(fā)，對客戶預期的產(chǎn)品生命周期即使用壽命，應有適宜的目標。對產(chǎn)品的命周期即

24、使用壽命，應有適宜的目標。對產(chǎn)品的使用并不要特別追求更長的使用壽命，從產(chǎn)品的使用并不要特別追求更長的使用壽命，從產(chǎn)品的競爭要求和產(chǎn)品技術更新周期考慮，可靠性設計競爭要求和產(chǎn)品技術更新周期考慮，可靠性設計的目標是的目標是“壽命的平衡壽命的平衡”。n事實上，客戶的需求是變化的，技術進步很快，事實上，客戶的需求是變化的，技術進步很快，系統(tǒng)只要能滿足客戶的現(xiàn)在需求和潛在需求，并系統(tǒng)只要能滿足客戶的現(xiàn)在需求和潛在需求，并具有合理的生命周期就是適宜的。具有合理的生命周期就是適宜的。1.4.4在線分析系統(tǒng)的安全性在線分析系統(tǒng)的安全性n在線分析系統(tǒng)的安全性主要包括系統(tǒng)電氣安全、在線分析系統(tǒng)的安全性主要包括系統(tǒng)

25、電氣安全、系統(tǒng)氣路密封性、防爆安全及網(wǎng)絡信息安全等。系統(tǒng)氣路密封性、防爆安全及網(wǎng)絡信息安全等。n系統(tǒng)電氣安全包括系統(tǒng)防止觸電、著火、防雷擊、系統(tǒng)電氣安全包括系統(tǒng)防止觸電、著火、防雷擊、防電磁干擾等電氣安全；防電磁干擾等電氣安全；n系統(tǒng)氣路密封性是防止管路泄露造成毒害氣體危系統(tǒng)氣路密封性是防止管路泄露造成毒害氣體危及人身安全；及人身安全；n系統(tǒng)的防爆安全是系統(tǒng)在爆炸環(huán)境下的防爆設計系統(tǒng)的防爆安全是系統(tǒng)在爆炸環(huán)境下的防爆設計的級別和能力，包括在線分析儀器及分析小屋的的級別和能力，包括在線分析儀器及分析小屋的防爆設計要求；防爆設計要求；n系統(tǒng)的網(wǎng)絡信息安全是系統(tǒng)輸出的信息在傳輸中的系統(tǒng)的網(wǎng)絡信息安全

26、是系統(tǒng)輸出的信息在傳輸中的安全性，以及分析儀器及系統(tǒng)的專業(yè)網(wǎng)絡的安全性安全性，以及分析儀器及系統(tǒng)的專業(yè)網(wǎng)絡的安全性等。等。n在線分析系統(tǒng)的安全性又可分為硬件和軟件的安全在線分析系統(tǒng)的安全性又可分為硬件和軟件的安全性，系統(tǒng)硬件的安全性主要指系統(tǒng)各功能部件的安性，系統(tǒng)硬件的安全性主要指系統(tǒng)各功能部件的安全性和系統(tǒng)對內外部的安全性全性和系統(tǒng)對內外部的安全性n軟件安全主要指防病毒及通信安全，特別是信息數(shù)軟件安全主要指防病毒及通信安全，特別是信息數(shù)據(jù)的傳輸?shù)陌踩?jù)的傳輸?shù)陌踩?1.4.5在線分析系統(tǒng)的可維護性在線分析系統(tǒng)的可維護性n在線分析系統(tǒng)的可維護性是指系統(tǒng)通過預防性維在線分析系統(tǒng)的可維護性是指

27、系統(tǒng)通過預防性維護保證系統(tǒng)的正常運行，以及出現(xiàn)故障后通過維護保證系統(tǒng)的正常運行，以及出現(xiàn)故障后通過維修恢復原有性能的特性。修恢復原有性能的特性。n通常用可維修度表達，其定義是通常用可維修度表達，其定義是“在可維修系統(tǒng)在可維修系統(tǒng)中，當按照規(guī)定的方法進行維修時，在規(guī)定的時中，當按照規(guī)定的方法進行維修時，在規(guī)定的時間內，將設備恢復到原有性能的概率間內，將設備恢復到原有性能的概率”n任何一個系統(tǒng)都可能出現(xiàn)故障或失效，提高系統(tǒng)任何一個系統(tǒng)都可能出現(xiàn)故障或失效，提高系統(tǒng)的可維修度，可以增加系統(tǒng)的正常運行時間，需的可維修度，可以增加系統(tǒng)的正常運行時間，需要對系統(tǒng)進行可維修性設計。要對系統(tǒng)進行可維修性設計。

28、 1.4.6在線分析系統(tǒng)的其他性能特性在線分析系統(tǒng)的其他性能特性n1）在線分析系統(tǒng)的動態(tài)特性在線分析系統(tǒng)的動態(tài)特性n系統(tǒng)的動態(tài)特性主要指系統(tǒng)的反應時間，要求系統(tǒng)系統(tǒng)的動態(tài)特性主要指系統(tǒng)的反應時間，要求系統(tǒng)的反應要快、要靈敏。的反應要快、要靈敏。n通常在線分析儀器已給出儀器的反應時間指標。通常在線分析儀器已給出儀器的反應時間指標。n分析系統(tǒng)取樣及處理系統(tǒng)會增加儀器的滯后時間。分析系統(tǒng)取樣及處理系統(tǒng)會增加儀器的滯后時間。系統(tǒng)內部空間死體積要盡量減小，儀器盡量靠近取系統(tǒng)內部空間死體積要盡量減小，儀器盡量靠近取樣點，減少樣品氣輸送管線長度。樣點，減少樣品氣輸送管線長度。 n一般要求分析系統(tǒng)的總滯后時間

29、不大于一般要求分析系統(tǒng)的總滯后時間不大于60s，為減，為減小總滯后時間，可采取快速旁路加快反應速度。小總滯后時間，可采取快速旁路加快反應速度。 n2）在線分析系統(tǒng)的成套性）在線分析系統(tǒng)的成套性n系統(tǒng)成套性是指在線分析系統(tǒng)滿足客戶要求的合理系統(tǒng)成套性是指在線分析系統(tǒng)滿足客戶要求的合理配置，包括硬件、軟件配置，系統(tǒng)的輔助工程和備配置，包括硬件、軟件配置，系統(tǒng)的輔助工程和備品備件等。品備件等。 n3）在線分析系統(tǒng)的工藝性）在線分析系統(tǒng)的工藝性n系統(tǒng)的工藝特性是系統(tǒng)設計制造水平的體現(xiàn)，系統(tǒng)系統(tǒng)的工藝特性是系統(tǒng)設計制造水平的體現(xiàn)，系統(tǒng)的制造工藝，包括嚴格的裝配調試工藝是確保分析的制造工藝，包括嚴格的裝配

30、調試工藝是確保分析系統(tǒng)產(chǎn)品質量的保證。系統(tǒng)產(chǎn)品質量的保證。 第二講第二講 樣氣取樣及處理系統(tǒng)樣氣取樣及處理系統(tǒng)n2.1樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本功能樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本功能n樣品提?。簭呐欧旁慈狱c提取所需樣品流的功樣品提取：從排放源取樣點提取所需樣品流的功能，簡稱取樣。通常采用取樣探頭抽取樣品流，并能，簡稱取樣。通常采用取樣探頭抽取樣品流，并根據(jù)樣品流工藝參數(shù)設計相應的功能。根據(jù)樣品流工藝參數(shù)設計相應的功能。 n樣品傳輸：將樣品流從取樣點輸送到在線分析儀樣品傳輸：將樣品流從取樣點輸送到在線分析儀器入口端的功能，根據(jù)樣品流的特性，選擇合適的器入口端的功能，根據(jù)樣品流的特性，選擇合適的樣品傳輸管線

31、及其控制參數(shù)。樣品傳輸管線及其控制參數(shù)。n樣品處理：樣品處理是指對樣品流除去或改變那樣品處理：樣品處理是指對樣品流除去或改變那些障礙組分和干擾組分，使之符合在線分析儀器對些障礙組分和干擾組分，使之符合在線分析儀器對樣氣檢測的要求。樣品處理要求只改變樣品流的物樣氣檢測的要求。樣品處理要求只改變樣品流的物理和（或）化學物質，而不改變其組分。理和（或）化學物質，而不改變其組分。 n樣品排放：樣品排放包括分析儀器樣氣出口端的樣品排放：樣品排放包括分析儀器樣氣出口端的煙氣排放，及旁通流（快速放散回路的煙氣流）和煙氣排放，及旁通流（快速放散回路的煙氣流）和廢液的排放。廢液的排放。 n流路切換：分析系統(tǒng)流程

32、設計主要有分析回路、流路切換：分析系統(tǒng)流程設計主要有分析回路、標定回路、快速放散回路及探頭反吹回路等，分析標定回路、快速放散回路及探頭反吹回路等，分析回路包括系統(tǒng)經(jīng)樣氣處理后，供給一套或多套分析回路包括系統(tǒng)經(jīng)樣氣處理后，供給一套或多套分析儀器的樣品流路。儀器的樣品流路。 n系統(tǒng)監(jiān)控：樣品處理系統(tǒng)通過系統(tǒng)監(jiān)控：樣品處理系統(tǒng)通過PLC實現(xiàn)自動控制實現(xiàn)自動控制處理，包括系統(tǒng)流路切換、系統(tǒng)反吹控制及系統(tǒng)各處理，包括系統(tǒng)流路切換、系統(tǒng)反吹控制及系統(tǒng)各主要部件的監(jiān)控，如：煙氣溫度、流量、含水分的主要部件的監(jiān)控，如：煙氣溫度、流量、含水分的報警等功能；還包括對監(jiān)測信號的采集，即系統(tǒng)的報警等功能；還包括對監(jiān)測

33、信號的采集，即系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控等。狀態(tài)監(jiān)控等。n公用設施：系統(tǒng)的公用設施主要是為分析儀器及公用設施：系統(tǒng)的公用設施主要是為分析儀器及樣品處理各部件提供必要的工作條件，確保系統(tǒng)正樣品處理各部件提供必要的工作條件，確保系統(tǒng)正常工作。常工作。 n系統(tǒng)的氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)通常集成為氣體分析系統(tǒng)的氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)通常集成為氣體分析柜，氣體分析柜需要與其他設備安裝在分析小屋柜，氣體分析柜需要與其他設備安裝在分析小屋內。內。n分析小屋應滿足在線分析儀器的安裝環(huán)境和使用分析小屋應滿足在線分析儀器的安裝環(huán)境和使用要求。分析小屋的附屬公用設施，主要包括：配要求。分析小屋的附屬公用設施，主要包括：配電箱、反吹壓縮空

34、氣源、標準氣瓶、廢氣、廢液電箱、反吹壓縮空氣源、標準氣瓶、廢氣、廢液排放設施、環(huán)境溫度控制設備和安全保證措施等，排放設施、環(huán)境溫度控制設備和安全保證措施等，從而保證在線分析系統(tǒng)的可靠、準確運行。從而保證在線分析系統(tǒng)的可靠、準確運行。2.2樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本性能特性樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本性能特性n滯后時間滯后時間n樣品處理系統(tǒng)的滯后時間是指樣品從取樣點傳送樣品處理系統(tǒng)的滯后時間是指樣品從取樣點傳送到在線分析儀器入口端所經(jīng)過的時間。又稱樣品到在線分析儀器入口端所經(jīng)過的時間。又稱樣品傳送滯后時間。樣品傳送滯后時間傳送滯后時間。樣品傳送滯后時間+分析儀器的分析儀器的響應時間響應時間=分析系統(tǒng)滯后時

35、間，即指樣品從取樣分析系統(tǒng)滯后時間，即指樣品從取樣點取出到得到分析結果的這段時間。點取出到得到分析結果的這段時間。n滲透率（泄漏率）滲透率（泄漏率）n在規(guī)定工作壓力范圍內，單位時間滲入（如大氣）在規(guī)定工作壓力范圍內，單位時間滲入（如大氣）或漏出樣品處理系統(tǒng)或其部件的流體量。表示樣或漏出樣品處理系統(tǒng)或其部件的流體量。表示樣品處理系統(tǒng)的密封性能。品處理系統(tǒng)的密封性能。n綜合誤差綜合誤差n樣品處理后的樣品流和取樣點被測組分濃度之差。樣品處理后的樣品流和取樣點被測組分濃度之差。其差異可能是由吸附、稀釋、滲透或樣品流中被測其差異可能是由吸附、稀釋、滲透或樣品流中被測組分的相互作用而引起的。綜合誤差考察樣

36、品經(jīng)過組分的相互作用而引起的。綜合誤差考察樣品經(jīng)過處理后是否失真及失真的程度。處理后是否失真及失真的程度。n安全指標安全指標n樣品處理系統(tǒng)由各部件按照系統(tǒng)流程設計要求配置，樣品處理系統(tǒng)由各部件按照系統(tǒng)流程設計要求配置，包括系統(tǒng)的供電及控制系統(tǒng)。安全指標主要指對系包括系統(tǒng)的供電及控制系統(tǒng)。安全指標主要指對系統(tǒng)的絕緣及耐壓等強制性安全指標，也包括：系統(tǒng)統(tǒng)的絕緣及耐壓等強制性安全指標，也包括：系統(tǒng)的接地、防靜電、防雷擊及抗電磁干擾等安全特性。的接地、防靜電、防雷擊及抗電磁干擾等安全特性。2.2.2樣品處理系統(tǒng)的特殊性能特性樣品處理系統(tǒng)的特殊性能特性n體積效應（富集效應）體積效應（富集效應）n體積效應

37、是指由于從樣品流中除去一些組分，導體積效應是指由于從樣品流中除去一些組分，導致處理樣品流中的被測組分濃度升高的效應。致處理樣品流中的被測組分濃度升高的效應。n稀釋效應稀釋效應n稀釋效應是指向樣品流注入惰性組分而形成的稀稀釋效應是指向樣品流注入惰性組分而形成的稀釋流，導致被測組分濃度降低或特性發(fā)生變化的釋流，導致被測組分濃度降低或特性發(fā)生變化的效應。效應。n轉換器效率轉換器效率n由轉換器產(chǎn)生的特定實際摩爾濃度與被轉換的理由轉換器產(chǎn)生的特定實際摩爾濃度與被轉換的理想最大摩爾濃度之比被稱為轉換器效率。想最大摩爾濃度之比被稱為轉換器效率。 2.3樣氣取樣及取樣探頭樣氣取樣及取樣探頭n2.3.1CEMS

38、取樣點選擇及安裝要求取樣點選擇及安裝要求n取樣點選擇及安裝的一般性要求取樣點選擇及安裝的一般性要求 取樣點的選擇應符合國家標準規(guī)定的要求取樣點的選擇應符合國家標準規(guī)定的要求 ，應，應位于氣態(tài)污染物混合均勻的位置。位于氣態(tài)污染物混合均勻的位置。 nCEMS取樣點開孔位置的選擇原則取樣點開孔位置的選擇原則 優(yōu)先選擇在垂直管段和煙道負壓區(qū)域應盡可能優(yōu)先選擇在垂直管段和煙道負壓區(qū)域應盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面選擇在氣流穩(wěn)定的斷面 2.3.2常用取樣探頭常用取樣探頭n正壓取樣探頭正壓取樣探頭n取樣探管直接插入管道，并安裝球閥可在線更取樣探管直接插入管道，并安裝球閥可在線更換探管。換探管。 內置過濾器取樣

39、探頭內置過濾器取樣探頭 取樣探頭過濾器安裝在探管頭部（在煙道內）取樣探頭過濾器安裝在探管頭部（在煙道內）被稱為內置過濾器式探頭被稱為內置過濾器式探頭 。 外置加熱過濾取樣探頭外置加熱過濾取樣探頭 探頭過濾器裝在煙道外部與法蘭連接的圓筒內探頭過濾器裝在煙道外部與法蘭連接的圓筒內 ，通過加熱過濾器，可以避免濕煙氣冷凝，煙氣通過加熱過濾器，可以避免濕煙氣冷凝，煙氣從加熱的過濾器中抽出，經(jīng)加熱樣品管線，再從加熱的過濾器中抽出，經(jīng)加熱樣品管線，再送到樣品處理系統(tǒng)送到樣品處理系統(tǒng) 圖圖2-2加熱外置過濾器探頭加熱外置過濾器探頭 圖圖2-1外置過濾器式探頭外置過濾器式探頭 n外置高溫加熱取樣探頭外置高溫加熱

40、取樣探頭n外置高溫型取樣探頭，探頭的溫度控制范圍為外置高溫型取樣探頭，探頭的溫度控制范圍為0320，探頭過濾器的加熱保溫溫度為，探頭過濾器的加熱保溫溫度為300左右。常用于煙氣脫硝的加熱取樣左右。常用于煙氣脫硝的加熱取樣 。n普通型煙氣加熱取樣探頭的加熱保溫溫度為普通型煙氣加熱取樣探頭的加熱保溫溫度為150左右。常用于煙氣脫硫的加熱取樣左右。常用于煙氣脫硫的加熱取樣n設定探頭過濾器保溫溫度的原則是確保在煙氣設定探頭過濾器保溫溫度的原則是確保在煙氣在取樣過濾探頭不出現(xiàn)冷凝水，不能低于煙氣在取樣過濾探頭不出現(xiàn)冷凝水，不能低于煙氣酸露點以下酸露點以下 n石化用的高溫裂解取樣探頭石化用的高溫裂解取樣探

41、頭n石油化工的取樣及樣品處理系統(tǒng)，其組分復雜石油化工的取樣及樣品處理系統(tǒng)，其組分復雜應用難度很大。以乙烯裂解氣為例：其樣品也應用難度很大。以乙烯裂解氣為例：其樣品也是高溫、高含水以及高油塵，樣品溫度最大達是高溫、高含水以及高油塵，樣品溫度最大達到：到：650，壓力最大到，壓力最大到0.14MPa。n取樣探頭采用高溫裂解取樣探頭技術。該取樣取樣探頭采用高溫裂解取樣探頭技術。該取樣探頭裝置先經(jīng)過雜質過濾，采用渦旋制冷管產(chǎn)探頭裝置先經(jīng)過雜質過濾，采用渦旋制冷管產(chǎn)生制冷氣源，通過列管冷卻器使樣品氣的水分生制冷氣源，通過列管冷卻器使樣品氣的水分及重的烴類冷凝為液體，返回到工藝管道，樣及重的烴類冷凝為液體

42、，返回到工藝管道，樣品溫度通過溫控器控制，其輸出壓力及流量達品溫度通過溫控器控制，其輸出壓力及流量達到預定要求。樣品再經(jīng)過除水及油霧后送在線到預定要求。樣品再經(jīng)過除水及油霧后送在線色譜儀檢測色譜儀檢測 。 圖圖2-3 美國流體數(shù)據(jù)公司美國流體數(shù)據(jù)公司Py-Gas取樣器系統(tǒng)示意圖取樣器系統(tǒng)示意圖 n建材用的高溫、高粉塵取樣探頭建材用的高溫、高粉塵取樣探頭n此探頭專用于水泥旋轉窯尾煙室及預分解爐的此探頭專用于水泥旋轉窯尾煙室及預分解爐的取樣處理系統(tǒng)。其樣品氣溫度高，窯尾樣氣溫取樣處理系統(tǒng)。其樣品氣溫度高，窯尾樣氣溫度達到度達到1350，預分解爐樣氣達到，預分解爐樣氣達到900，相對濕度達到相對濕度

43、達到65%，粉塵含量達到，粉塵含量達到2000g/m3,分析對象：分析對象：CO/NOx/O2。n該系統(tǒng)的高溫取樣探頭技術難度最大。由于現(xiàn)該系統(tǒng)的高溫取樣探頭技術難度最大。由于現(xiàn)場條件太惡劣，高溫探頭經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，高溫場條件太惡劣，高溫探頭經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，高溫探頭的維護量很大，可靠性還需要改進探頭的維護量很大，可靠性還需要改進 圖圖2-4 西門子西門子CEMAT-GAS高溫取樣探頭原理圖高溫取樣探頭原理圖n取樣探頭的反吹防堵取樣探頭的反吹防堵n用高壓氣體對取樣探頭過濾器進行用高壓氣體對取樣探頭過濾器進行“反吹反吹”，可使探頭堵塞現(xiàn)象減至最低，反吹氣體一般使可使探頭堵塞現(xiàn)象減至最低，反吹氣體一般使

44、用用60100psi（0.40.7MPa）干燥、潔凈）干燥、潔凈的儀表空氣，反向（與煙氣流動方向相反）吹的儀表空氣，反向（與煙氣流動方向相反）吹掃過濾器。反吹可以采取脈沖方式產(chǎn)生。過濾掃過濾器。反吹可以采取脈沖方式產(chǎn)生。過濾器的反吹周期間隔時間從器的反吹周期間隔時間從15min8h不等，脈不等，脈沖反吹持續(xù)時間為沖反吹持續(xù)時間為52s（10s）。）。n對于要求不能間斷取樣分析的系統(tǒng)，可以采用對于要求不能間斷取樣分析的系統(tǒng)，可以采用雙探頭取樣技術。雙探頭取樣技術。 2.4樣氣傳輸管線樣氣傳輸管線n2.4.1樣品傳輸?shù)幕疽髽悠穫鬏數(shù)幕疽髇樣品傳輸?shù)幕疽笫牵簶悠吩趥鬏斶^程中保樣品傳輸?shù)幕?/p>

45、本要求是：樣品在傳輸過程中保持樣品被分析組分不失真，并滿足分析系統(tǒng)的持樣品被分析組分不失真，并滿足分析系統(tǒng)的要求。要求。 n防止相變。樣氣傳輸過程中氣態(tài)樣品要保持防止相變。樣氣傳輸過程中氣態(tài)樣品要保持為氣態(tài)。冷為氣態(tài)。冷/干法樣氣傳輸管線需要加熱保溫干法樣氣傳輸管線需要加熱保溫在煙氣露點之上。對脫硫煙氣分析的電加熱傳在煙氣露點之上。對脫硫煙氣分析的電加熱傳輸管線應保溫在輸管線應保溫在110120。.對脫硝煙氣對脫硝煙氣分析的電加熱傳輸管線應保溫在分析的電加熱傳輸管線應保溫在280以上。以上。n樣氣傳輸管線不得泄漏。以免樣品氣外泄或樣氣傳輸管線不得泄漏。以免樣品氣外泄或環(huán)境空氣侵入，造成分析誤差

46、及污染環(huán)境。對環(huán)境空氣侵入，造成分析誤差及污染環(huán)境。對源級抽取法的傳輸管線從取樣探頭到分析柜或源級抽取法的傳輸管線從取樣探頭到分析柜或除濕器整個管路，安裝的傾斜度不得小于除濕器整個管路，安裝的傾斜度不得小于5。n樣氣傳輸管線應盡可能短。也就是要求取樣樣氣傳輸管線應盡可能短。也就是要求取樣點與分析柜的距離要盡量短，使得傳輸管線的點與分析柜的距離要盡量短，使得傳輸管線的容積盡可能小，樣品氣流速盡可能快，樣氣傳容積盡可能小，樣品氣流速盡可能快，樣氣傳輸?shù)臏髸r間應小于輸?shù)臏髸r間應小于30秒，最大不宜超過秒，最大不宜超過60秒。如達不到系統(tǒng)響應時間的要求，可采取快秒。如達不到系統(tǒng)響應時間的要求，可采

47、取快速循環(huán)回路或快速旁通回路，以縮短樣品傳輸速循環(huán)回路或快速旁通回路，以縮短樣品傳輸?shù)臏髸r間。的滯后時間。n對冷對冷/干法干法CEMS，樣氣傳輸管線的連接應，樣氣傳輸管線的連接應特別注意電加熱傳輸管線與取樣探頭的連接接特別注意電加熱傳輸管線與取樣探頭的連接接頭處，以及與分析柜內的除濕器接頭處的加熱頭處，以及與分析柜內的除濕器接頭處的加熱與保溫，防止在這些部位會出現(xiàn)因局部溫度降與保溫，防止在這些部位會出現(xiàn)因局部溫度降低產(chǎn)生冷凝水，導致腐蝕管路及連接件。低產(chǎn)生冷凝水，導致腐蝕管路及連接件。2.4.2樣品傳輸管線樣品傳輸管線n樣品傳輸管線是將樣品從取樣探頭傳輸?shù)綐悠窐悠穫鬏敼芫€是將樣品從取樣探頭傳

48、輸?shù)綐悠诽幚硐到y(tǒng)或分析儀的管線處理系統(tǒng)或分析儀的管線 。樣品傳輸管線的。樣品傳輸管線的全過程傳輸要加熱保溫在煙氣露點之上溫度全過程傳輸要加熱保溫在煙氣露點之上溫度 。n樣品傳輸管線的伴熱保溫方式有蒸汽伴熱和電樣品傳輸管線的伴熱保溫方式有蒸汽伴熱和電伴熱兩種。電伴熱的溫度較低在伴熱兩種。電伴熱的溫度較低在250左右，左右，而蒸汽保溫溫度高可達到而蒸汽保溫溫度高可達到450，蒸汽伴熱通，蒸汽伴熱通常用在需伴熱的溫度較高的場合。一般情況下，常用在需伴熱的溫度較高的場合。一般情況下，冷冷/干法干法CEMS采用電加熱樣品傳輸管線。采用電加熱樣品傳輸管線。n電伴熱組合管纜的電伴熱帶按加熱控制方式可電伴熱組

49、合管纜的電伴熱帶按加熱控制方式可分為恒功率型、限功率型或稱自限型、自調控分為恒功率型、限功率型或稱自限型、自調控型三種，型三種，CEMS中大多使用限功率型電伴熱組中大多使用限功率型電伴熱組合管纜。合管纜。n 圖圖2-5典型的電伴熱組合管纜典型的電伴熱組合管纜2.4.3電伴熱帶及電伴熱管纜電伴熱帶及電伴熱管纜n電伴熱帶常用有：自調控電伴熱帶、恒功率電伴電伴熱帶常用有：自調控電伴熱帶、恒功率電伴熱帶、限功率電伴熱帶、串聯(lián)型電伴熱帶。熱帶、限功率電伴熱帶、串聯(lián)型電伴熱帶。n前三種均屬于并聯(lián)型電伴熱帶，它們是在兩條平前三種均屬于并聯(lián)型電伴熱帶，它們是在兩條平行的電源母線之間并聯(lián)電熱元件構成的。樣品傳行

50、的電源母線之間并聯(lián)電熱元件構成的。樣品傳輸管線的電伴熱大多選用自調控電伴熱帶無需配輸管線的電伴熱大多選用自調控電伴熱帶無需配溫控器。樣品溫度較高時采用限功率電伴熱帶。溫控器。樣品溫度較高時采用限功率電伴熱帶。 2,5樣氣除水及除濕部件樣氣除水及除濕部件n2.5.1樣品除水要求及方法樣品除水要求及方法n除水要求除水要求 通常把將氣體樣品露點降至常溫通常把將氣體樣品露點降至常溫（1520）叫做除水，而將樣品露點降至常溫）叫做除水，而將樣品露點降至常溫以下叫做除濕或脫濕。以下叫做除濕或脫濕。n除水方法除水方法n冷卻降溫冷卻降溫 有水冷（可降至有水冷（可降至30或環(huán)境溫度）、或環(huán)境溫度）、渦旋管制冷（

51、可降至渦旋管制冷（可降至-10或更低）、冷劑壓縮或更低）、冷劑壓縮制冷（可降至制冷（可降至5或更低）、半導體制冷等?；蚋停?、半導體制冷等。n慣性分離慣性分離 有旋液分離器、氣液分離罐等。前者有旋液分離器、氣液分離罐等。前者利用離心作用進行分離，后者利用重力作用進行利用離心作用進行分離，后者利用重力作用進行分離。分離。n過濾過濾 有聚結過濾器、旁通過濾器、膜式過濾器、有聚結過濾器、旁通過濾器、膜式過濾器、紙質過濾器和監(jiān)視（脫脂棉）過濾器等。紙質過濾器和監(jiān)視（脫脂棉）過濾器等。n前三種用于脫除液滴，后兩種用于分析儀之前的最前三種用于脫除液滴，后兩種用于分析儀之前的最后除濕。這些過濾器只能除去液態(tài)

52、水，而不能除去后除濕。這些過濾器只能除去液態(tài)水，而不能除去氣態(tài)水，即不能降低樣氣的露點。氣態(tài)水，即不能降低樣氣的露點。nNafion管干燥器管干燥器 Nafion管干燥器是一種除濕干管干燥器是一種除濕干燥裝置，以水合作用的吸收為基礎進行工作，具有燥裝置，以水合作用的吸收為基礎進行工作，具有除濕能力強、速度快、選擇性好、耐腐蝕等優(yōu)點，除濕能力強、速度快、選擇性好、耐腐蝕等優(yōu)點，但它只能除去氣態(tài)水而不能除去液態(tài)水。但它只能除去氣態(tài)水而不能除去液態(tài)水。n干燥劑吸收吸附干燥劑吸收吸附 所謂吸收，是指水分與干燥劑發(fā)所謂吸收，是指水分與干燥劑發(fā)生了化學反應變成另一種物質，這種干燥劑稱為化生了化學反應變成另

53、一種物質，這種干燥劑稱為化學干燥劑；所謂吸附，是指水分被干燥劑（如分子學干燥劑；所謂吸附，是指水分被干燥劑（如分子篩）吸附于其上，水分本身并未發(fā)生變化，這種干篩）吸附于其上，水分本身并未發(fā)生變化，這種干燥劑稱為物理干燥劑。某些干燥劑對氣樣中一些組燥劑稱為物理干燥劑。某些干燥劑對氣樣中一些組分也有吸收吸附作用；隨著時間推移，干燥劑脫濕分也有吸收吸附作用；隨著時間推移，干燥劑脫濕能力會逐漸降低。能力會逐漸降低。2.5.2冷卻降溫除水冷卻降溫除水n樣品降溫除水常用的冷卻器樣品降溫除水常用的冷卻器n渦旋管冷卻器渦旋管冷卻器 根據(jù)渦旋制冷原理工作。根據(jù)渦旋制冷原理工作。n壓縮機冷卻器又稱為冷劑循環(huán)冷卻器

54、，其工作原理壓縮機冷卻器又稱為冷劑循環(huán)冷卻器，其工作原理和電冰箱完全相同。和電冰箱完全相同。n半導體冷卻器半導體冷卻器 根據(jù)帕爾帖熱電效應原理工作。根據(jù)帕爾帖熱電效應原理工作。n水冷卻器水冷卻器 通過與冷卻水的換熱實現(xiàn)樣品的降溫，通過與冷卻水的換熱實現(xiàn)樣品的降溫，有列管式、盤管式、套管式幾種結構類型。有列管式、盤管式、套管式幾種結構類型。n渦旋管冷卻器、壓縮機冷卻器和半導體冷卻器主渦旋管冷卻器、壓縮機冷卻器和半導體冷卻器主要用于濕度高、含水量較大的氣體樣品降溫除水。要用于濕度高、含水量較大的氣體樣品降溫除水。其中以壓縮機冷卻器除濕效果最好，但價格較高。其中以壓縮機冷卻器除濕效果最好，但價格較高

55、。半導體冷卻器難以用在防爆場所，渦旋管冷卻器半導體冷卻器難以用在防爆場所，渦旋管冷卻器對氣源的要求高、耗氣量大，適用于防爆場所。對氣源的要求高、耗氣量大，適用于防爆場所。n渦旋管冷卻器渦旋管冷卻器 圖2-7渦旋管的結構示意圖 n渦旋管冷卻器中，常溫壓縮空氣經(jīng)噴嘴沿切線方渦旋管冷卻器中，常溫壓縮空氣經(jīng)噴嘴沿切線方向噴入渦旋發(fā)生器，由于切向噴嘴的作用，在渦向噴入渦旋發(fā)生器，由于切向噴嘴的作用，在渦旋發(fā)生器中形成沿圓周方向以音速旋轉前進的高旋發(fā)生器中形成沿圓周方向以音速旋轉前進的高速氣流，順渦旋管向左運動。熱端裝有控制閥，速氣流，順渦旋管向左運動。熱端裝有控制閥，當氣流到達熱端時，外圈氣流從控制閥閥

56、芯周邊當氣流到達熱端時，外圈氣流從控制閥閥芯周邊排出，內圈氣流受到閥芯的阻擋，反向折轉沿渦排出，內圈氣流受到閥芯的阻擋，反向折轉沿渦旋管向右運動，由冷端出口排出。旋管向右運動，由冷端出口排出。n渦旋管冷卻器的結構簡單，啟動快，維護方便，渦旋管冷卻器的結構簡單，啟動快，維護方便，但耗氣量較大，可達但耗氣量較大，可達50100L/min。采用較高。采用較高氣壓時，氣樣的溫度可降至氣壓時，氣樣的溫度可降至-40-10。在實際。在實際使用中，溫度給定不能太低，一般設定在使用中，溫度給定不能太低，一般設定在15，使氣樣含水量降至使氣樣含水量降至0.6%0.8%左右即可。若低左右即可。若低于于0以下時，冷

57、凝出的水凍結會堵塞管道。以下時，冷凝出的水凍結會堵塞管道。 渦旋管工作原理圖渦旋管工作原理圖 n壓縮機冷卻器壓縮機冷卻器n壓縮機冷卻器的制冷原理和電冰箱完全相同，如圖壓縮機冷卻器的制冷原理和電冰箱完全相同，如圖2-9所示。制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后，在冷凝器所示。制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后，在冷凝器中液化并放出熱量，在進入干燥器脫除可能夾帶的中液化并放出熱量，在進入干燥器脫除可能夾帶的水分。毛細管的作用是產(chǎn)生一定的節(jié)流壓差，保持水分。毛細管的作用是產(chǎn)生一定的節(jié)流壓差，保持入口前制冷劑的受壓液化狀態(tài)并使其出口釋壓膨脹入口前制冷劑的受壓液化狀態(tài)并使其出口釋壓膨脹汽化。制冷劑在汽化器中充分汽化并大量吸熱

58、，使汽化。制冷劑在汽化器中充分汽化并大量吸熱，使與之換熱的樣品冷卻降溫。與之換熱的樣品冷卻降溫。壓縮機冷卻器的制冷原理圖壓縮機冷卻器的制冷原理圖n壓縮機冷卻器的除濕裝置示意見下圖，它由一組壓縮機冷卻器的除濕裝置示意見下圖，它由一組放置在液體中的盤管組成。盤管材料有玻璃、放置在液體中的盤管組成。盤管材料有玻璃、Kynar(聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯)和和Teflon（聚四氟乙烯）（聚四氟乙烯）等，液體可以是水或某種防凍液，有時也采用空等，液體可以是水或某種防凍液，有時也采用空氣。這些液體由制冷系統(tǒng)冷卻，為了避免煙氣中氣。這些液體由制冷系統(tǒng)冷卻，為了避免煙氣中的水分在盤管中凍結，液體的溫度不允許低于

59、的水分在盤管中凍結，液體的溫度不允許低于35 （1.67）。水蒸氣冷凝液由液體收集器集）。水蒸氣冷凝液由液體收集器集中，用蠕動泵定期或連續(xù)排出。中，用蠕動泵定期或連續(xù)排出。n增加一組冷卻盤管可進一步降低水分含量，但更為增加一組冷卻盤管可進一步降低水分含量，但更為有效的措施是在第一級盤管之后加一個樣品泵，從有效的措施是在第一級盤管之后加一個樣品泵，從第一級冷卻器加壓向第二級冷卻器傳送樣氣。氣體第一級冷卻器加壓向第二級冷卻器傳送樣氣。氣體在壓力下比在真空下更容易冷凝在壓力下比在真空下更容易冷凝 壓縮機冷卻器的除濕裝置壓縮機冷卻器的除濕裝置 n 半導體冷卻器半導體冷卻器n半導體冷卻器如圖半導體冷卻器

60、如圖2-11左圖所示，半導體冷卻器左圖所示，半導體冷卻器又稱熱點冷卻器，其優(yōu)點是：外形尺寸小，使用又稱熱點冷卻器，其優(yōu)點是：外形尺寸小，使用壽命長，工作可靠，維護簡便，控制靈活方便，壽命長，工作可靠，維護簡便，控制靈活方便，且容易實現(xiàn)較低的制冷溫度。其缺點是制冷效率且容易實現(xiàn)較低的制冷溫度。其缺點是制冷效率低，成本高。低，成本高。n半導體冷卻器的除濕裝置是將一個撞擊器半導體冷卻器的除濕裝置是將一個撞擊器（impinger，又稱射流熱交換器，又稱射流熱交換器jet stream heat exchangers）裝在吸熱塊中，吸熱塊與珀）裝在吸熱塊中，吸熱塊與珀爾帖元件的冷端連接，其裝置圖參見圖爾